[发明专利]一种铯锡碘薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种铯锡碘薄膜的制备方法，属于半导体材料技术领域。包括以下步骤：S1、在真空条件下，将二碘化锡和碘化铯分别加热至440℃和210℃，并同时向基底沉积二碘化锡和碘化铯，冷却至室温，制得铯锡碘薄膜前驱体；其中，沉积的过程中，所述二碘化锡和碘化铯分别以0.5层/min的速率共沉积25～35min；所述基底温度为‑33～‑23℃；S2、将基底上沉积的铯锡碘薄膜前驱体在温度为100～120℃进行退火处理，即得铯锡碘薄膜。本发明提供的铯锡碘薄膜的制备方法工艺简单、薄膜质量高，特别适合用于开发高性能的无铅钙钛矿太阳能电池。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种铯锡碘薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

目前，一类有机-无机杂化钙钛矿半导体(AMX3，A为阳离子，常见为甲胺(MA)、甲眯(FA)、铯(Cs)等，X为Cl，I，Br等)因其优异的光电性能被应用于平面异质结太阳电池。推进这种有机-无机钙钛矿太阳电池走向广泛应用存在两个关键难点:(1)需要将这种有机-无机杂化钙钛矿实现无铅化，使其更加绿色、环保。(2)这种具有优异光电性能的有机金属钙钛矿材料的热稳定性需要进一步改善。一方面，锡(Sn)和锗(Ge)被期望能替代这种杂化钙钛矿中的同族元素铅(Pb)，从而使得这种钙钛矿太阳能电池能走向无铅化。另一方面，碱金属元素铯(Cs)可以用来取代这种有机金属钙钛矿的有机基团(CH₃NH₃⁺)实现无机化，可能能在一定程度上改善这种钙钛矿光电材料的热稳定性。CsSnI₃是一种无毒且直接带隙约为1.3eV的半导体，理论上能量转换效率可达33％。

尽管如此，以CsSnI₃作为光吸收层的的太阳能电池的能量转换效应仅约为3％，远低于含铅的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。传统的制备方法(如：二步法等)制备的CsSnI₃薄膜存在高密度的Sn和Cs空位缺陷，从而使得其载流子(电子和空穴)的迁移长度和寿命变得更短，严重影响了其器件性能。二步法采用的交替沉积SnI₂和CsI方式容易造成CsSnI3薄膜的化学配比在空间分布上很难得到精确控制，从而形成大量的Sn和Cs空位缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对上述方法所存在的缺点与不足，提供一种铯锡碘薄

膜的制备方法，该制备方法工艺简单、薄膜质量高，特别适合用于开发高性能的无铅钙钛矿太阳能电池。

本发明第一个目的提供一种铯锡碘薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、在真空条件下，将二碘化锡和碘化铯分别加热至440℃和210℃，并同时向基底沉积二碘化锡和碘化铯，冷却至室温，制得铯锡碘薄膜前驱体；

其中，沉积的过程中，所述二碘化锡和碘化铯分别以0.5层/min的速率共沉积25～35min；所述基底温度为-33～-23℃；

S2、将基底上沉积的铯锡碘薄膜前驱体在温度为100～120℃进行退火处理，即得铯锡碘(CsSnI₃)薄膜。

优选的，所述真空≥10^-6Pa。

优选的，所述基底为Au膜、Au(111)单晶或石墨烯化的SiC(0001)。

优选的，所述退火过程中，升温速率为2.0～5℃/min。

更优选的，退火时间30～60min。

本发明第二个目的是提供一种铯锡碘薄膜。

本发明第三个目的是提供一种上述所述的铯锡碘薄膜在无铅钙钛矿太阳能电池中的应用。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：